[发明专利]具有双重淬火的两阶段气化

说明书

技术领域

本发明涉及一种将含碳原料转化成所希望的诸如合成气的气体产物的气化系统和方法。更具体地，本公开内容涉及一种改进的系统和方法，其降低设计的成本和复杂性并增加了可靠性，同时保持两段式气流床气化系统的效率。这通过对原合成气实施化学淬火然后二次淬火而实现。

背景技术

本发明涉及一种通常用于将诸如含碳物质的固态原料转化成所希望的诸如合成气的气体产物的气化系统和方法。气化方法广泛用于将诸如煤、石油焦炭和石油渣油的固态或液态原料转化成合成气。合成煤气(或合成气)主要包括氢气和一氧化碳，并用于发电以及用于生产包括甲醇、氨、合成天然气和合成运输燃料的化学品的原料。

现有用于气化含碳物质的三种基本类型的方法包括：(1)固定床气化；(2)流化床气化和(3)悬浮/夹带气化。目前使用中的大多数先进的气化方法利用悬浮或夹带气化。本发明涉及用于对含碳物质进行气化的夹带气化系统和方法。

悬浮/夹带气化可进一步被限定成具有一个或者两个阶段用于原料进入。所有的气化反应器设计包括第一反应器阶段，含碳原料和氧化剂在该阶段被供给并部分地燃烧，以便形成包括合成气和熔渣的产物。产生的原合成气通常仅包含残留水平的挥发性焦油。存在于这些单个阶段气化方法中的原合成气常常处于超过2500°F的温度，并且要求在进一步清洁或使用之前去除气体中的大量热函。这典型地通过处于高温热回收单元(HTHRU)中的换热器通过利用冷却合成气进行淬火或者通过直接水淬火而实现。

在某些两阶段气化方法中，作为替代，使用化学淬火从原合成气中去回收热量，同时增大合成气的热值。该化学淬火包括第二气化阶段，其中第二部分的含碳原料在低氧环境中与在第一阶段中形成的原合成气混合物进行反应。第一阶段中生成的热促使第二阶段中的吸热化学反应，以便从该第二部分的原料中生成另外的合成气。将第二部分的原料作为浆料和水供给到反应器还有助于增大产物合成气的热值，同时用于进一步降低原合成气的温度，由此降低稍后在高温热回收单元(HTHRU)中必须回收的热的量。这种两阶段气化方法的缺点在于与一阶段方法相比它们常常在原合成气中造成更高水平的挥发性焦油。必须去除这些焦油以便防止对环境的有害排放，以及污损下游的合成气处理设备(包括HTHRU)。已用于消除这些焦油的一个解决方案是首先将原合成气引导通过一容留容器，该容留容器对于焦油而言允许足够高温的容留时间，以便热“裂解”成更小的烃裂化合物。

如上所述，为了增大总的气化方法效率，在单阶段和两阶段气化方法中产生的原合成气中的热函常常利用一个或多个HTHRU进行回收。然而，这些单元建造和安装起来昂贵，并且需要定期维修以便处理污垢。为了降低成本，作为允许消除HTHRU的一种方法，一些单阶段气化系统的制造商已可替代地对他们单阶段反应器中产生的原合成气进行完全的水淬火。然而，由于去除在对第二阶段中添加的浆状原料进行热解期间形成的残余焦油的需要，实施立即水淬火在两阶段气化系统中被排除在外。热裂解这些焦油需要大约1500°F以上的温度。另外，对原合成气进行充分的水淬火形成污染的“黑水”，其需要昂贵的清洁工艺以防止污染环境，并常常需要在进一步清洁以及将合成气进行水气转变以增大氢含量之前对淬火后的合成气进行再加热。

需要对两阶段气化系统和方法进行改进，其能够同时：(1)降低建造和安装这些系统所需要的成本，同时维持效率，由此降低操作开支；(2)在生产的合成气中维持近零水平的焦油；(3)使合成气变潮湿，为水气转变做准备，而不利用过程蒸汽、昂贵的锅炉给水或者完全的浸没淬火；以及(4)增加总体系统可靠性，由此降低停工期。

发明内容

在此公开的方法和系统提供一种对通过颗粒含碳材料的气化产生的热合成气的独特的两步淬火。第一淬火主要为化学淬火，其中在第一反应区中产生的热用于经由第二反应区中的主要吸热液化作用和热解反应使另外部分的含碳原料气化。第二淬火在残余焦油(在第一淬火期间产生)已热裂解(或降解)之后执行，由此防止这些焦油污染下游的处理设施或形成有毒排放物。

在第二淬火之后，通过使合成气传送通过处于足以防止存在于冷却合成气中的至少一种组分冷凝的温度下的颗粒过滤设备，从冷却的湿润合成气中去除残余固体、细粒和颗粒，由此防止至少一个组分沉积到颗粒过滤设备的表面上。至少一种组分例如可以为水、残余挥发性焦油或一种或多种灰成分。